2019 Fiscal Year Research-status Report
数値流体力学計算に基づく慢性大動脈解離における大動脈拡大機序の解明
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18K08770
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| Research Institution | Jichi Medical University |
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Principal Investigator |
木村 直行 自治医科大学, 医学部, 准教授 (20382898)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂元 尚哉 首都大学東京, システムデザイン研究科, 准教授 (20361115)
中村 匡徳 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20448046)
伊藤 智 自治医科大学, 医学部, 講師 (30382881)
田中 正史 日本大学, 医学部, 教授 (80382927)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 大動脈解離 / 数値流体力学計算 / 大動脈拡大 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大動脈解離における偽腔開存が大動脈拡大の危険因子として報告され、血行力学的因子の関与も推測されるが、解離性大動脈瘤の発症・進展機序は十分に解明されていない。本研究は、下行大動脈置換術を施行する慢性大動脈解離症例を対象に数値流体力学計算（CFD: computational fluid dynamics）を実施し、真腔と偽腔の血流動態を明らかにする。大動脈壁にかかる圧力やせん断応力などの分布図を作成後、大動脈組織の構造変化とCFD解析の関連性を検証することを目的としている。
2019年度は、2018年度に引き続き、名古屋工業大学医用生体工学研究室中村匡徳教授の研究室とともに、大動脈解離患者の3DCT造影CTデータを元に、専用解析ソフトウエア（SCRYU Software Cradle）を用い、大動脈解離の血流解析実験を行なった。急性大動脈解離手術における人工心肺装置送血部位の選択は臓器潅流保護の観点から重要であるが、まだ十分なコンセンサスが得られていない。当施設は、標準的な鎖骨下動脈送血と大腿動脈送血を併用する手法を症例に応じて実施している。急性大動脈解離手術における人工心肺使用下での血流潅流状態を、CFDモデルを使用して解析し、本送血法の有効性を明らかにした。本研究成果は、2019年欧州心臓胸部外科学会で発表するとともに学会機関誌に論文発表した。
また、大動脈解離の新規病型として注目されているnon-A non-B型大動脈解離症例の血流解析を、The University Medical Center Freiburg Rylski教授の研究グループと共同して行い、non-A non-B型大動脈解離症例8例・通常のB型大動脈解離症例8例（対照群）の合計16例のCFD解析を行なった。本研究も継続し、血行力学ストレスが大動脈解離病変及ぼす影響を多角的に検証する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
他の大動脈疾患と比較して、大動脈解離症例は複雑な解剖学的形態（真腔・偽腔・intimal tear・偽腔内血栓）を有する。このため、非大動脈解離症例と比較して、大動脈解離症例に対するCFDは、より複雑な解析処理が必要となる。2019年度は、名古屋工業大学医用生体工学研究室中村匡徳教授の研究室とともに、急性／慢性大動脈解離患者の3DCT造影CTデータを元に、専用解析ソフトウエア（SCRYU Software Cradle）を用いて、慢性大動脈解離の血流解析モデルの構築を目指した。現在までに、自治医科大学さいたま医療センターで手術治療を行った合計15例の大動脈解離症例の画像情報を元に、CFD解析実験を実施した。この中には、大動脈ステント治療前後など時相別に解析を行なった症例も含まれており、今後症例数を増やし、本実験モデルを継続する予定である。
また、胸部大動脈疾患の新しい疾患カテゴリーとして注目されているnon-A non-B 型大動脈解離症例に着目し、本疾患概念を世界で初めて報告（Eur J Cardiothorac Surg. 2017;52:1111-7）したThe University Medical Center Freiburg のRylski教授より患者CT画像データの提供を受け、non-A non-B 型大動脈解離6症例のCFD解析実験も実施した。結果は、急性期に大動脈破裂死亡したnon-A non-B 型大動脈解離症例では、真腔／偽腔ともに高いせん断応力分布が確認され、本疾患の特異的な血行力学特徴が示唆された。non-A non-B 型大動脈解離のCFD解析実験も継続予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も引き続き、名古屋工業大学医用生体工学研究室中村匡徳教授の研究室と共同で、急性／慢性大動脈解離症例に対するCFD血流解析実験を継続する。患者データに関しては、自治医科大学さいたま医療センターだけでなく、共同研究期間であるThe University Medical Center Freiburgと日本大学附属病院から提供された画像データも使用する予定である。
大動脈解離症例の解剖学的特徴は多岐にわたるため、患者個別で真腔と偽腔の血流動態を明らかにして、対象領域における血行力学因子の分布図を構築する。特に大動脈ステント治療前後の血行力学因子の分布図を同一患者で経時的に作成して、予後予測toolとしてのCFDの有用性を検証する。また、CFD解析のvalidation目的に慢性大動脈解離症例の大動脈壁の構造変化を、HE染色・EVG染色を行い光学顕微鏡で評価する。
急性大動脈解離においては、大動脈壁に対するせん断応力の上昇が破裂や臓器潅流障害などの大動脈イベント発生をもたらす可能性が他研究グループによるCFD研究で報告されている（Shang EK, et al. J Vasc Surg 2015;62:279-84）。壁せん断応力が及ぼす生体変化に関しては、首都大学東京システムデザイン学部坂元尚哉准教授の研究室と共同で、大動脈血管平滑筋細胞及び血管内皮細胞を使用したせん断応力負荷のin vitro実験モデルも使用して今後解析予定である。
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| Causes of Carryover |
令和1年度は、大動脈解離症例に対するCFD解析システムの構築のための設備環境を中心に行ない、解析に必要なサーバー用メモリの増設や解析ソフトウエアのupdateなどを積極的に行なった。共同研究機関である名古屋工業大学・日本大学・首都大学東京では、それぞれ共同研究活動費として、分担金を使用した。令和1年度は、大動脈組織検体を用いた解析実験（遺伝子解析・免疫組織染色など・フローサイトメトリーなど）は実施しなかったため、次年度使用額が発生する結果となった。
（使用計画）
今後も共同研究チームで、大動脈解離に起因する胸部／腹部大動脈拡大症例におけるCFD解析は継続して行う。解析作業に必要な血流解析ソフトウエア・パソコンの新規購入を検討している他、大動脈組織検体を使用した実験（免疫組織染色を含めた組織検査、大動脈組織から炎症細胞やRNAを抽出して行うフローサイトメトリー・PCR）の実施を予定している。また、論文作成に際しての、英文校正費用も研究費から捻出する予定である。
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